Nukleino rūgštys atlieka svarbų vaidmenį ląstelėje, užtikrina jos gyvybinę veiklą ir dauginimąsi. Šios savybės leidžia jas vadinti antromis pagal svarbą biologinėmis molekulėmis po b altymų. Daugelis tyrinėtojų net DNR ir RNR iškelia į pirmąją vietą, o tai reiškia, kad jų pagrindinė svarba gyvybės vystymuisi. Nepaisant to, jiems lemta užimti antrą vietą po b altymų, nes gyvybės pagrindas yra būtent polipeptido molekulė.
Nukleino rūgštys yra skirtingo gyvenimo lygio, daug sudėtingesnės ir įdomesnės dėl to, kad kiekviena molekulės rūšis atlieka tam tikrą darbą. Tai turėtų būti išnagrinėta išsamiau.
Nukleino rūgščių samprata
Visos nukleorūgštys (DNR ir RNR) yra biologiškai nevienalyčiai polimerai, kurie skiriasi grandinių skaičiumi. DNR yra dvigrandė polimero molekulė, kurioje yraeukariotinių organizmų genetinė informacija. Žiedinėse DNR molekulėse gali būti kai kurių virusų paveldima informacija. Tai ŽIV ir adenovirusai. Taip pat yra 2 specialūs DNR tipai: mitochondrijų ir plastidų (randami chloroplastuose).
Kita vertus,
RNR turi daug daugiau tipų dėl skirtingų nukleorūgšties funkcijų. Yra branduolinė RNR, kurioje yra paveldima informacija apie bakterijas ir daugumą virusų, matricos (arba pasiuntinio RNR), ribosomų ir transportavimo. Visi jie yra susiję arba su paveldimos informacijos saugojimu, arba su genų ekspresija. Tačiau būtina išsamiau suprasti, kokias funkcijas ląstelėje atlieka nukleorūgštys.
Dvigrandė DNR molekulė
Šis DNR tipas yra puiki paveldimos informacijos saugojimo sistema. Dvigrandė DNR molekulė yra viena molekulė, sudaryta iš nevienalyčių monomerų. Jų užduotis – sudaryti vandenilinius ryšius tarp kitos grandinės nukleotidų. Pats DNR monomeras susideda iš azoto bazės, ortofosfato liekanos ir penkių anglies monosacharido dezoksiribozės. Priklausomai nuo to, kokio tipo azoto baze yra tam tikras DNR monomeras, jis turi savo pavadinimą. DNR monomerų tipai:
- deoksiribozė su ortofosfato liekana ir adenilo azoto baze;
- timidino azoto bazė su dezoksiriboze ir ortofosfato liekana;
- citozino azoto bazė, dezoksiribozės ir ortofosfato likučiai;
- ortofosfatas su dezoksiribozės ir guanino azoto likučiais.
Raštu, siekiant supaprastinti DNR struktūros schemą, adenilo liekana žymima „A“, guanino liekana žymima „G“, timidino liekana yra „T“, o citozino liekana yra „C““. Svarbu, kad genetinė informacija būtų perkelta iš dvigrandės DNR molekulės į pasiuntinio RNR. Jis turi nedaug skirtumų: čia, kaip angliavandenių liekana, yra ne dezoksiribozė, o ribozė, o vietoj timidilo azoto bazės RNR yra uracilas.
DNR struktūra ir funkcijos
DNR yra sukurta biologinio polimero principu, kai viena grandinė sukuriama iš anksto pagal duotą šabloną, priklausomai nuo pirminės ląstelės genetinės informacijos. DNR nukleotidai čia yra sujungti kovalentiniais ryšiais. Tada pagal komplementarumo principą prie viengrandės molekulės nukleotidų prijungiami kiti nukleotidai. Jei viengrandėje molekulėje pradžią vaizduoja nukleotidas adeninas, tai antroje (papildomoje) grandinėje jis atitiks timiną. Guaninas papildo citoziną. Taip sukuriama dvigrandė DNR molekulė. Jis yra branduolyje ir saugo paveldimą informaciją, kurią užkoduoja kodonai – nukleotidų tripletai. Dvigubos DNR funkcijos:
- paveldimos informacijos, gautos iš pirminės ląstelės, išsaugojimas;
- geno išraiška;
- mutacijų pokyčių prevencija.
B altymų ir nukleorūgščių svarba
Manoma, kad b altymų ir nukleorūgščių funkcijos yra bendros, būtent:jie dalyvauja genų ekspresijoje. Pati nukleino rūgštis yra jų saugojimo vieta, o b altymas yra galutinis informacijos nuskaitymo iš geno rezultatas. Pats genas yra vienos vientisos DNR molekulės dalis, supakuota į chromosomą, kurioje nukleotidų pagalba įrašoma informacija apie tam tikro b altymo struktūrą. Vienas genas koduoja tik vieno b altymo aminorūgščių seką. Tai b altymas, kuris įgyvendins paveldimą informaciją.
RNR tipų klasifikacija
Nukleino rūgščių funkcijos ląstelėje yra labai įvairios. O jų daugiausia RNR atveju. Tačiau šis daugiafunkciškumas vis dar yra santykinis, nes vienas RNR tipas yra atsakingas už vieną iš funkcijų. Šiuo atveju yra šie RNR tipai:
- virusų ir bakterijų branduolinė RNR;
- matrica (informacija) RNR;
- ribosomų RNR;
- pranešėjo RNR plazmidė (chloroplastas);
- Chloroplastų ribosomų RNR;
- mitochondrijų ribosomų RNR;
- mitochondrijų pasiuntinio RNR;
- perkelti RNR.
RNR funkcijos
Šią klasifikaciją sudaro keli RNR tipai, kurie skirstomi pagal vietą. Tačiau funkcine prasme jie turėtų būti skirstomi tik į 4 tipus: branduolinius, informacinius, ribosominius ir transportinius. Ribosominės RNR funkcija yra b altymų sintezė, pagrįsta pasiuntinio RNR nukleotidų seka. Kuriameaminorūgštys yra „atnešamos“į ribosominę RNR, „pririšamos“ant RNR pasiuntinio per transportavimo ribonukleino rūgštį. Taip sintezė vyksta bet kuriame organizme, turinčiame ribosomas. Nukleino rūgščių struktūra ir funkcijos užtikrina genetinės medžiagos išsaugojimą ir b altymų sintezės procesų kūrimą.
Mitochondrijų nukleorūgštys
Jei beveik viskas žinoma apie nukleino rūgščių, esančių branduolyje arba citoplazmoje, funkcijas ląstelėje, tai apie mitochondrijų ir plastidų DNR informacijos vis dar mažai. Čia taip pat buvo rasta specifinių ribosomų ir pasiuntinių RNR. Nukleino rūgščių DNR ir RNR yra net pačiuose autotrofiškiausiuose organizmuose.
Galbūt nukleorūgštis į ląstelę pateko simbiogenezės būdu. Šį kelią mokslininkai laiko labiausiai tikėtinu, nes trūksta alternatyvių paaiškinimų. Procesas vertinamas taip: simbiotinė autotrofinė bakterija tam tikru laikotarpiu pateko į ląstelę. Dėl to ši ląstelė be branduolio gyvena ląstelės viduje ir aprūpina ją energija, tačiau palaipsniui degraduoja.
Pradiniuose evoliucinio vystymosi etapuose tikriausiai simbiotinė nebranduolinė bakterija sukėlė mutacijos procesus ląstelės šeimininkės branduolyje. Tai leido genams, atsakingiems už informacijos apie mitochondrijų b altymų struktūrą saugojimą, patekti į ląstelės šeimininkės nukleorūgštį. Tačiau kol kas kokias funkcijas ląstelėje atlieka mitochondrinės kilmės nukleorūgštys,mažai informacijos.
Tikriausiai mitochondrijose sintetinami kai kurie b altymai, kurių struktūra dar nėra užkoduota šeimininko branduolinės DNR ar RNR. Taip pat tikėtina, kad ląstelei reikia savo b altymų sintezės mechanizmo tik todėl, kad daugelis citoplazmoje susintetintų b altymų negali prasiskverbti per dvigubą mitochondrijų membraną. Tuo pačiu metu šios organelės gamina energiją, todėl, jei b altymui yra kanalas ar specifinis nešiklis, jo pakaks molekulėms judėti ir prieš koncentracijos gradientą.
Plazmidinė DNR ir RNR
Plastidės (chloroplastai) taip pat turi savo DNR, kuri tikriausiai yra atsakinga už panašių funkcijų įgyvendinimą, kaip ir mitochondrijų nukleorūgščių atveju. Ji taip pat turi savo ribosomą, pasiuntinį ir pernešančią RNR. Be to, plastidai, sprendžiant pagal membranų skaičių, o ne pagal biocheminių reakcijų skaičių, yra sudėtingesni. Taip atsitinka, kad daugelis plastidų turi 4 sluoksnius membranų, o tai mokslininkai aiškina įvairiai.
Akivaizdus vienas dalykas: nukleorūgščių funkcijos ląstelėje dar nėra iki galo ištirtos. Nežinoma, kokią reikšmę turi mitochondrijų b altymus sintezuojanti sistema ir analogiška chloroplastinė sistema. Taip pat nėra iki galo aišku, kam ląstelėms reikalingos mitochondrijų nukleino rūgštys, jei b altymai (aišku, ne visi) jau yra užkoduoti branduolinėje DNR (arba RNR, priklausomai nuo organizmo). Nors kai kurie faktai verčia sutikti, kad mitochondrijų ir chloroplastų b altymus sintezuojanti sistema yra atsakinga už tas pačias funkcijas kaip irir branduolio DNR bei citoplazmos RNR. Jie saugo paveldimą informaciją, ją atkuria ir perduoda dukterinėms ląstelėms.
CV
Svarbu suprasti, kokias funkcijas ląstelėje atlieka branduolinės, plastidinės ir mitochondrinės kilmės nukleino rūgštys. Tai atveria daug mokslo perspektyvų, nes simbiotinis mechanizmas, pagal kurį atsirado daug autotrofinių organizmų, šiandien gali būti atkurtas. Taip bus galima gauti naujo tipo ląsteles, galbūt net žmogaus. Nors dar per anksti kalbėti apie daugiamembranių plastidinių organelių patekimo į ląsteles perspektyvas.
Daug svarbiau suprasti, kad nukleorūgštys yra atsakingos už beveik visus procesus ląstelėje. Tai ir b altymų biosintezė, ir informacijos apie ląstelės sandarą išsaugojimas. Be to, daug svarbiau, kad nukleorūgštys atliktų paveldimos medžiagos pernešimo iš pirminių ląstelių į dukterines ląsteles funkciją. Tai garantuoja tolesnį evoliucinių procesų vystymąsi.
